Научная проблема, на решение которой направлен проект
Проект посвящен изучению изменения природной среды Земли и ее отдельных регионов. Для Антарктиды имеются до сих пор отрывочные сведения о гидрологическом, гидрохимическом и гидробиологическом режимах озер свободных от льда участков суши – оазисов. Происходит дегляциация краевой части ледникового купола, развивается экологический туризм, что, в свою очередь, не может не сказаться на состоянии уязвимых водных экосистем оазисов. Запланированное обобщение сведений и создание доступного в электронном виде Атласа озер антарктических оазисов позволит продолжить изучение окружающей среды Антарктики на новом международном уровне.
Научная значимость и актуальность решения обозначенной проблемы
С 1961 года (дата подписания 01.12.1959) действует Договор об Антарктике, в котором прописано использование континента исключительно в интересах всего человечества, для научных исследований и развития международных связей. Договор неоднократно ратифицировался. Так 24.05.1997 был подписан Федеральный закон N 79-ФЗ "О ратификации Протокола по охране окружающей среды к Договору об Антарктике". В 1991 г. к Договору об Антарктике был также принят Протокол по охране окружающей среды. В настоящее время действует Постановление Правительства РФ от 15.04.2014 N 326 (ред. от 06.07.2017) "Об утверждении государственной программы Российской Федерации "Охрана окружающей среды" на 2012 - 2020 годы", в список районов для исследований входят Арктика, Антарктида и Шпицберген. Сейчас активно продолжает функционировать международный секретариат Договора об Антарктике. Одним из приоритетных направлений исследований в Антарктиде отмечено изучение и охрана экосистем, анализ экологических доменов (АЭД) антарктического континента (Morgan et al., 2007). Было выделен 21 АЭД в Антарктике (см. рис. 1). Объектами данного проекта будут являться АЭД “L” – континентальные прибрежные зоны ледникового щита и “I”- восточно-антарктические шельфовые ледники. Эти территории наиболее всего используются для проведения научных исследований, т.е. постоянно подвержены антропогенному и техногенному воздействию. В связи с активизацией изучения Антарктики в последние годы (бурение ледникового щита и исследование подледникового озера Восток, развитие промысла рыбы и китов в Южном океане, разведка нефтяных и газовых запасов на континенте и пр.) остается важной задачей оценка предельно допустимых нагрузок на экосистемы, сохранение биоразнообразия и популяризация знаний о возможных изменениях, происходящих вокруг южного полюса. В мировой общественности активно дискутируется возможность создания рефугиумов (Terauds et al., 2012) для уникальных видов растений и животных в Южном океане, ведется четкий контроль за загрязнениями территорий оазисов Антарктиды, где ведется научнохозяйственная деятельность. Поэтому актуальность проекта, который поможет не только оценить продолжительность \ устойчивость равновесного состояния экосистем, но и отобразить графически вариабильность параметров среды, остается очевидной.
Рис.1. Экологические Домены Антарктиды (Morgen et al., 2007)
В обширной статье Kennicutt et al. (2015), написанной как обобщение результатов изучения Антарктиды за последние десятилетия, приведено 80 вопросов о дальнейших исследованиях процессов в Антарктиде, которые стоят перед международной научной общественностью. Одним из направлений является изучение жизни при опасных условиях (экосистемы Антарктиды и Южного океана) и наличие антропогенного воздействия. Немаловажными являются геополитические вопросы и развитие туризма. Нужно также отметить, что данная статья в 59% случаев была использована обычными читателями для публичных мероприятий и принятия административных решений.
В современном геоинформационном картографировании или картографировании с помощью ГИС-технологий, существуют разные виды геоизображений, многие из которых существенно отличаются от аналоговых (бумажных). Атласные произведения представляют особенный интерес для сопровождения и представления результатов многолетний исследований. Это не набор карт под общим названием, а система взаимосвязанных и взаимодополняющих друг друга произведений. В такой области, как гидрохимические, гидрологические и геоэкологические исследования оазисов Антарктиды особенно важно обобщить и грамотно визуализировать экспедиционные данные, накопленные за много лет. Такое представление дает возможность увидеть изменения показателей, найти закономерности и взаимосвязи в гидрологических и экологических процессах, происходящих в озерах антарктических оазисов.
Антарктических атласов гидрохимических, гидрологических и геоэкологических характеристик озер оазисов Антарктиды пока не существует. Возможности современной геоинформационной картографии позволяют предоставить исследователям Антарктиды картографические произведения в удобных для них форматах.
В связи с вышесказанным поставленная в проекте задача обобщения имеющихся данных о параметрах озер антарктических оазисов и оценки равновесных состояний водных экосистем с точки зрения климатического и антропогенного влияния является важной на международном и междисциплинарном уровне научном и политическом уровне.

Конкретная задача (задачи) в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб и комплексность
В рамках проекта будут обобщены уже имеющиеся сведения об озерах Антарктических оазисов. В качестве объектов исследования выбраны оазисы Ширмахера, Холмы Ларсеманна, Ватерлоо (о.Кинг Джордж), по которым имеются сведения еще со второй половины XIX века. Данные разделены на группы: гидрометрические и гидрологические параметры озер, гидрохимические характеристики, гидробиологические особенности. С использованием уже имеющейся у авторов картографической основы материалы планируется визуализировать набором электронных карт. В связи с наличием многолетних наблюдений будут построены карты пространственно-временных изменений гидрохимического состояния озер. Имеющиеся наработки по оценке устойчивости водных экосистем к изменению климата и антропогенному воздействию позволят получить карты способности к самоочищению озер и их уязвимости, что может быть применено для планирования хозяйственной деятельности на территории оазисов.
Будет завершена работа по созданию ГИС «Геоэкология оазисов Антарктиды». Электронный атлас озер оазисов Антарктиды будет подготовлен на русском и английском языке. Планируется передать атлас в пользование Российской антарктической экспедиции (РАЭ), что позволит в дальнейшем обновлять сведения о параметрах озер и визуализировать сведения.

Научная новизна исследований, обоснование того, что проект направлен на развитие новой для научного коллектива тематики*********, обоснование достижимости решения поставленной задачи (задач) и возможности получения предполагаемых результатов
*********В том числе, на определение объекта и предмета исследования, составление плана исследования, выбор методов исследования.
Новизна данного проекта определяется следующими факторами:
1. Сравнение трех оазисов при выполнении исследований по проекту даст возможность сравнить влияние как климатических, так и антропогенных нагрузок разной степени и знака. Так, при резком потеплении на Антарктическом полуострове (полуостров Файлдс) отмечается похолодание в восточной части Антарктиды (оазисы и Ширмахера). И если в оазисе Ширмахера функционируют только две полярные станции (российская Новолазаревская и индийская Мэйтри), то в оазисе их уже пять (российская Прогресс, индийская Бхарати, румынская Лоу-Раковица, австралийская Дейвис, китайская Чжуншань), а на острове Кинг Джордж (Ватерлоо) станций гораздо больше: Беллинсгаузен; Хубани; Команданте Феррас; Чанчэн; Мачу Пикчу; Арцтовски; Артигас; Фрей; Эскудеро; Кинг Седжонг. Различны нагрузки на экосистемы. В рамках проекта планируется дать определение водной эко- и геосистемы применительно для антарктических оазисов и разработать рекомендации по расчету максимальных нагрузок на водные экосистемы оазисов.
2. Будут разработаны новые подходы к оценке неаддитивных свойств водных экосистем. Ранее такие свойства как устойчивость и упругость (пластичность) формулировались с точки зрения водных экосистем. В нашей работе будет уделено внимание не просто на экосистемы, а на геосистемы, т.к. рассмотрение взаимосвязи внутренних экосистем водоемов с внешними, чаще всего климатическими, параметрами окружающей среды в настоящий момент невозможно без учета роста антропогенной нагрузки в оазисах. Все имеющиеся сведения и ранее выполненные оценки должны быть пересмотрены. Изменится набор параметров для моделирования экосистем, будет изменена входная информация в связи с новым уровнем фоновой обстановки.
3. Будут разработаны новые подходы к оценке устойчивости равновесных состояний экосистем. Геоинформационное моделирование позволит проводить расчеты состояний и устойчивости экосистем непосредственно в среде ГИС и получить карты с новой интерпретацией материалов.
4. Будет собран большой материал по характеристикам водных экосистем и геосистем оазисов Антарктиды по уже имеющимся у коллектива данным, и будет проводиться постоянное пополнение БД за счет новых сведений о параметрах экосистем. Так планируется участие членов коллектива в 68 РАЭ. В последние годы стали также измеряться ранее не использованные характеристики водоемов. Например, изотопный состав вод, окрашенное растворенное органическое вещество (CDOM) и содержание растворенного органического углерода (DOC) и др. Первичная обработка материалов выполнена (Михайлик, Федорова, 2016; Скороспехова и др., 2016), однако не были применены геоинформационные методы отображения материалов, что позволило бы получить новые закономерности. Более того, используемые в настоящее время в научных экологических исследованиях новые неаддитивные параметры также ранее не картографировались.
5. Впервые будет заложено основание для построения Геоэкологического Атласа антарктических оазисов, где будут отражены водные и наземные экосистемы, структуры хозяйственной деятельности, а также отображены последствия антропогенного и климатического влияния.
6. В ходе выполнения проекта будут отрабатываться и методики преподавания современных методов картографии, геоинформатики, геоэкологии и гидрологии. В проекте задействованы молодые ученые, поэтому их участие не только в научных работах коллектива, но и в полевых исследованиях в Антарктиде, позволит усовершенствовать новые методы и представить материалы на современном международном уровне. Молодые коллеги также помогут разместить информацию о проекте в соцсетях и подготовят на необходимом уровне данные для размещения на сайте РАЭ и SCAR.

Современное состояние исследований по данной проблеме, основные направления исследований в мировой науке и научные конкуренты
Исследованием Антарктиды и, в первую очередь свободных ото льда участков – оазисов, занимаются ученые различных стран. Только в Договоре об Антарктике более 30 странучастниц. Однако до сих пор наблюдается определенная спецификация в научных направлениях и региональные особенности исследований. Так, наиболее полно изучена геология континента, метеорологические и палеогеографические исследования и дана характеристика морских экосистем Южного океана. В последнее десятилетие активная дискуссия в статьях посвящена подледниковому озеру Восток, бурение которого на глубине 3769,3 метров завершилось в 2012 г. И далее до сих пор ученые открывают все новые процессы и особенности (Casado et al., 2018; Ekaukin et al., 2016 a; Ekaykin et al., 2016 b; Lipenkov et al., 2016; Stenni et al., 2017; Popoc, 2022 etc.) Довольно хорошо обобщены сведения по экосистемам озер Антарктиды, однако они касаются, в большей части, именно гидробиологических характеристик. Так, в работах Vincent et al. (2008) и Laybourn-Parry et al. (2006) приведен большой массив сведений по экологии (биологии и гидробиологии) антарктических оазисов, однако это другие, нежели рассматриваемые в данном проекте, антарктические территории. Микробные сообщества озер оазиса Сухие Долины (Западная Антарктика) рассматриваются детально в работах Vick-Majors TJ. (2016), Bowman et al. (2016), Mukan (2016), Achberger (2016) и др. Российские гидробиологические результаты по изучению озер оазиса Терешковой были сделаны Шаровым (Sharov et al., 2015). Экосистемы и первичная продукция эпишельфовых и наледниковых водоемов нунатака Базена (Земля Dronning Maud, Западная Антарктида) представлены и в статье Keskitalo et al. (2013), а водорослевые сообщества озер оазиса Ширмахера - в статье Смирновой с соавторами (2020). Для этих же территорий нунатака проводилось моделирования физики льда и его таяния (Lapparanta et al., 2012; Lapparanta et al., 2013) и рассматривалось формирование «ледяных» болот на снежниках. Связь абиотических параметров и биоты озер оазиса Сухие Долины и прибрежных территорий представлено в работе Convey et al. (2014). Много работ представлено в последнее время по геохимии ландшафтов Антарктиды. Изменение довольно значительного биоразнообразия Антарктиды и Южного океана из-за климатических и антропогенных факторов указывается и в работе Chown (2015). Гидрографическая подледниковая сеть Антарктиды отображена в статье Willes et al. (2016), где выделены основные дренажные бассейны стока, а также смоделирована подледниковая гидрографическая сеть, включая оз.Восток. Дегляциация оазисов - один из основных критеиев формирования гидрологчичсеких и гидроэкоогических условий озер (Веркулич и др., 2011 и др.). Важность гидрологических особенностей отмечена и в Gooseff et al. (2011) на примере формирования стока в озера оазиса Сухие Долины и показаны сезонные особенности в водотоках оазиса Холмы Ларсеманна в Shevnina и соавторов (2021). Изменение гидрографической сети оазиса Ширмахера отображены в статье Федоровой и соавторов (2010). В настоящий момент изучаются прорывные ледниковые озера (Pryakhina et al., 2020; Boronina et al., 2021). Геокриологические условия континента хорошо отображены в статье Абрамова с соавторами (2011) и могу быть использованы для характеристики наземных ландшафтов при описании геосистем оазисов в данном проекте. Не так много исследований по гидрологии водных систем антарктических оазисов. Скорее всего это объясняется отсутствием значительных рек, и временным действием водотоков в летний период. Однако сток талой воды составляет основу для заполнения озерных ванн, для разбавления элементов и возможных загрязнений. В районах полярных антарктических станций необходимо рассматривать такие параметры озер, как их водообмен. К примеру, озеро Степпед недалеко от российской и китайской станций (оазис) к концу летнего сезона превращается буквально в «лужу с бульоном из водорослей», - именно так описывает свое впечатление гидробиолог Нигаматзянова (2015). Поэтому данный проект будет направлен не только на описание параметров гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режима озер, но и на оценку экосистемы в целом, а также на характеристику наземных и водных геосистем оазиса, т.е. с учетом антропогенного влияния. Ранее выполненные геоэкологические исследования представлены в работах Klein et al. (2014), где анализируется многолетний мониторинг антропогенного воздействия на окружающую среду оазиса Сухие Долины в рамках американской 15-летней программы. Отмечено влияние станции на сотни метров вокруг, наличие загрязнений бензином, тяжелыми металлами и пр. В работе Shaw et al. (2014) описываются охраняемые территории Антарктиды и риски, связанные с деятельностью человека в них. Это районы, где рекомендуется сохранять уникальную природу континента. Немаловажен факт увеличения спроса на Антарктический туризм. По данным Bastmeijer et al. (2008) по сравнению с 2,5 тыс. туристов в Антарктиде в начале 90-х годов прошлого столетия, это число катастрофически возросло к 2007 г. до 37 тыс. человек (рис.2). И необходимо помнить, что в связи с этим увеличивается и антропогенная нагрузка на экосистемы оазисов. Создается необходимость планирования туризма, обеспечение инфраструктуры и утилизации отходов. Данный проект направлен на то, чтобы оценить равновесные состояния водных эко- и геосистем, а также создать предпосылки для составления геоэкологического Атласа Антарктических оазисов и его размещения на сайте SCAR – организации, объединяющей страны –участницы Договора об Антарктике.
Рис.2. а) Рост количества туристов в Антарктиде по данным Bastmeijer et al. (2008); б) Туристы на о.Кинг Джордж (фото Федоровой И.В., 2020 г.)
В программах SCAR есть ряд подпрограмм по оценке упругости экосистем Антарктиды (Antarctic Thresholds - Ecosystem Resilience and Adaptation (AnTERA)). Однако нужно отметить отсутствие российских участников в подпрограмме (рис.3).
Рис.3. Количество суб-проектов в программе AnT-ERA по странам – участникам. Взято с сайта SCAR (http://www.scar.org/scar_media/documents/science/antera/34_WP12b_AnTERA_External_Review.pdf )
Из последних российских достижений можно назвать Геоморфологический Атлас Антарктиды (Антарктика…, 2011). В Атласе приведена полная иллюстрация пространственных особенностей неотектонических движений, современных ледниковых рельефообразующих процессов, морфотектоническое районирование и пр. Даны описания аналитического, орографического, синтетического картографирования; методики структурно-морфологического картографирования подлёдно-подводной поверхности и др. Ценными для выполнения данного проекта являются геоморфологические карты оазисов. Ранее австралийскими учеными был создан печатный атлас озер оазиса Холмы Ларсеманн. Однако, эти сведения собраны были более 30 лет назад, включали лишь морфометрические показатели и электропроводность, атлас сделан без применения геоинформационных технологий. Озера, указанные в атласе, уже изменили свою конфигурацию (в связи с климатическими изменениями и деградацией края ледника и снежников), поменялась и геоэкологическая обстановка в оазисе – строится дорога по доставке воды к китайской станции и пр. Необходимо провести новые оценки изменения состояния озер, представить это визуально для возможности использования в зоне взаимного использования оазиса. Международные данные по объектам исследований отображены на сайте базы данных http://www.add.scar.org/ - Антарктический цифровой просмотрщик карт базы данных. Здесь указаны все антарктические станции, в слоях атласа можно посмотреть объекты исследований. Но параметры объектов зачастую даны схематично, карты тоже не отображают все объекты. Так, на отображении слоя с озерами и водотоками оазиса Ширмахера вместо отмеченных 118 объектов отображено не более 30 (рис.4).
Рис.4. Отрывок карты гидрографической сети оазиса Ширмахера (http://www.add.scar.org/)
Много данных параметров систем по слоям приведено и на Атласе Антарктических исследований https://lima.usgs.gov/antarctic_research_atla (рис.5). Но на схеме хорошо видны неточности в привязке водоемов и отображение далеко не всех озер.
Рис.5. Отображение озер на спутниковом снимке. Оазис Ширмахера (https://lima.usgs.gov/antarctic_research_atla).
Различные данные представлены на сайте антарктического комитета http://www.scar.org/ (SCAR – Scientific Committee on Antarctic Research). Однако на сайте отсутствуют данные по озерам оазисов. Батиметрические сведения приведены только для Южного океана. В большей степени, сайт посвящен перечню проектов по исследованию Антарктиды. Причем изучение экосистем относится, в большей степени, к морским системам. Трудно найти сведения по загрязнениям или по антропогенным нагрузкам на территорию оазисов, аэропортов или дорог от барьера (край шельфового ледника), где причаливают суда, до оазисов. Хорошо представлены данные автоматических метеостанций Антарктиды на сайте http://amrc.ssec.wisc.edu/ Там же размещены сведения оп спутниковой информации с динамикой изменения некоторых параметров. Так на рис.6 отображено испарение \ влажность воздушных масс над Антарктикой. На схеме четко видно различие между структурой воздушных масс над Антарктическим полуостровом, где в последние десятилетия отмечено увеличение температуры воздуха на 6С градусов, в то время как над Восточной Антарктидой заметно увеличение ледовитости прибрежных зон и понижение средних годовых температур.
Рис.6. Фрагмент визуализации инфракрасной композиции и анимации спутникового отображения влажности воздушных масс (Latest Infrared Composites & Animations. AMRC Antarctic Satellite Composite Imagery. http://amrc.ssec.wisc.edu/data/viewdata.php?action=list&product=satellite/composite )
В целом можно сказать, что несмотря на довольно большое количество результатов научных изучения Антарктиды, к сожалению, не так много сведений по водным экосистемам оазисов Восточной Антарктиды, что подчеркивает актуальность данного исследования. Наличие электронного атласа, создание которого запланировано в данном проекте, и его доступность позволят ученым иметь существующие на данный момент результаты изучения озер оазисов и сделать новые выводы о происходящих в экосистемах процессах.
Имеющийся у научного коллектива научный задел по проекту, наличие опыта совместной реализации проектов (указываются полученные ранее результаты, разработанные программы и методы)
У авторов проекта (Федоровой И.В. и Сидориной И.Е.) имеются громадные наработки в области изучения озер антарктических оазисов, начало которым положено при обработке Федоровой материалов коллег из РАЭ (Российская антарктическая экспедиция) в рамках дипломной работы. Далее была защищена кандидатская диссертация. В декабре 2006 г. - феврале 2007 г. Федорова участвовала в летнем сезоне 52 РАЭ, после чего полученные персональные метериалы ежегодно дополнялись другими коллегами, участвующих в полевых работах в летние сезоны по заявкам Федоровой, подаваемых в РАЭ. В течение последующих лет проводился постоянный мониторинг озер на территории антарктических оазисов в летние сезоны 52-65-й РАЭ. К настоящему моменту уже накоплен материал о параметрах режимов водных экосистем антарктических оазисов (Ширмахера, Холмы Ларсеманн и п-ва Файлд о.Кинг Джордж), требующий дальнейшей обработки, визуализации, применения новейших технологий в геоинформатике и картографии. Ранее, в ходе выполнения проекта РФФИ № 98-05-65184 База данных была сделана на языке Delphi, однако эта структура уже устарела. Поэтому потребовалось создание первоначальной базы данных и ряда тематических карт, которые дают возможность разработки ГИС и, в дальнейшем, сборника имеющихся материалов – электронного атласа, Интернет-проекта.
Ранее полученные данные параметров озер антарктических оазисов объединены и регистрированы. Перечень полученных свидетельств:
"БАЗА ДАННЫХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АНТАРКТИЧЕСКИХ ОЗЕР ПОЛУОСТРОВА ФАЙЛДС, О.КИНГ ДЖОРЖ, ЮЖНЫЕ ШЕТЛАНДСКИЕ ОСТРОВА" (FILDELAKE). Федорова И.В., Сидорина И.Е., Скороспехова Т.В., Тенчиков А.А., Кадуцкий В.К., Чернова Е.С. Свидетельство о регистрации базы данных 2021620996, 18.05.2021. https://elibrary.ru/item.asp?id=45805612
"БАЗА ДАННЫХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЗЕР ВОСТОЧНО-АНТАРКТИЧЕСКОГО ОАЗИСА ХОЛМЫ ЛАРСЕМАННА" (LARSHILLSLAKE)
Федорова Ирина Викторовна, Сидорина Инесса Евгеньевна, Тенчиков Александр Александрович, Нигаматзянова Гульнара Ришатовна, Дворников Юрий Александрович, Евдокимов Александр Александрович, Шадрина Александра Анатольевна
Свидетельство о регистрации базы данных 2021621107, 27.05.2021. https://elibrary.ru/item.asp?id=46310516
"БАЗА ДАННЫХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЗЕР ВОСТОЧНО-АНТАРКТИЧЕСКОГО ОАЗИСА ШИРМАХЕРА" (SCHIRMACHLAKE)
Федорова И.В., Сидорина И.Е., Тенчиков А.А., Дворников Ю.А., Алексеева Н.К.
Свидетельство о регистрации базы данных 2021620995, 18.05.2021. https://elibrary.ru/item.asp?id=45805611
В MS Access была создана БД с автоматической сортировкой данных при привязке excel-файлов, а также были добавлены запрошенные изменения, такие как:
1)Условно постоянные сведения либо классификаторы, предназначены для описания характеристик объектов:
•Таблица Тип_озер – наземное, наледниковое, и др.
•Таблица КлассМинерал – Сильносоленые, Слабосоленые, Солоноватые, и др.
•Таблица Класс_pH – Сильнощелочные, Щелочные, и др.
2)Таблицы СпрОзера и СпрЭкспедиции содержат списки непосредственно обследуемых озер и номера (краткие характеристики) экспедиций. Описательные характеристики подбираются из классификаторов.
3)Таблица ДанныеПоДатам - основная таблица, в которую вносятся данные измерений, в разрезах дат, глубин, номеров экспедиций и озер. Наименование Озер и Экспедиций выбираются из соответствующих справочников (ссылочные данные)
4)Результирующие запросы: таблицы, в которых подготавливается выборка определенных данных по заданным параметрам (значения, среднее, минимальные/максимальные, девиация и др.), с возможность отбора по требуемым критериям (по дате, по периоду, по Озеру, по типам классификации и др.).
Базы данных будут дополнены новыми сведения из опубликованных материалов (статей, фондовых материалов ААНИИ, собственным полевых наблюдений в период сезона 68 РАЭ).
Уже несколько лет ведется методическая совместная работа картографов и гидрологов при написании курсовых и дипломных проектов студентов по совершенствованию методов картографирования гидрологических и гидрохимических данных, по геоинформационному представлению пространственного распределения параметров озер на территориях оазисов и построению схем изменения во времени. Федоровой и Сидориной в рамках выполнения со студентами курсовых и дипломных работ (перечень представлен в отдельном файле приложения) на основе экспедиционных материалов в программе ArcGIS была создана серия карт гидрохимических параметров озер антарктических оазисов Ширмахера, Холмы Ларсеманна и острова Кинг Джордж (Ватерлоо), в которую вошли, в общей сложности, 55 карт: 37 карт оазиса Ширмахера, 8 карт оазиса Холмы Ларсеманна и 10 карт оазиса острова Кинг-Джордж (Ватерлоо). Серия карт была представлена двумя вариантами: в первом варианте группировка карт осуществлена по принадлежности исходных данных к той или иной Российской Антарктической Экспедиции, во втором варианте – по картографируемым параметрам
Примеры приведены на рис.7 и рис.8. Можно выделить такие работы, как создание серии электронных карт на тему «Пространственно-временное распределение гидрохимических параметров на оазисе Ширмахера (Восточная Антарктида)» в рамках дипломной работы Васильевой Д.А. (2011), «Картографирование гидрохимических параметров озер антарктических оазисов Холмы Ларсеманна и Ватерлоо» в курсовой работе Маниной К.С. (2013) и «Создание серии карт и базы данных гидрохимических параметров озёр оазисов Антарктиды» - в дипломе Тенчикова А.А. (2014). В ходе перечисленных выше работ уже выполнена предварительная подготовка имеющихся на тот момент данных параметров озер, создана картографическая основа для территорий оазисов Холмы Ларсеманна, Ширмахера и полуострова Файлдс о. Кинг Джордж. Рассмотрены варианты использования методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационных методов для выделения разнотипной и разномасштабной информации с применением различных фильтров для спутниковых снимков. Разработаны методы получения спутниковой информации и получен опыт картографирования сложных системных параметров режимов.
Рис. 7. Вариант карты Минерализации озер полуострова Файлдс, о.Кинг Джордж (из дипломной работы Тенчикова А.А.)
Рис.8. Карта поверхностной температуры воды в озерах в период 52 РАЭ в восточной части оазиса Ширмахера (из дипломной работы Васильевой Д.А).
Полученные ранее на основе существующих у авторов данных измерений и построенных карт в среде ArcGIS выводы показывают следующую специфику озер оазисов:
1)В последние 50 лет продолжается активное иссушение оазиса Ширмахера, его дегляциация, что проявляется в уменьшении площадей снежников и озер на территории оазиса за период инструментальных наблюдений. При помощи ГИС-технологий было проведено измерение площадей снежников за 1961, 2001 и 2008 годы. По всем районам оазиса отмечаем их сокращение на 3%, 7% и 9% соответственно в северной, центральной и южной частях территории. Сокращение площадей снежников в южной части оазиса существенней, чем в центральной и северной частях. Вероятно, это связано с отступанием краевой части покровного ледника в южном направлении, что является следствием дегляциации рассматриваемой территории. Для оазиса Холмы Ларсемана дегляциация оазиса составила за тот же период 11% (Веркулич и др., 2011).
2)И для оазиса Ширмахера, и для оазиса острова Кинг-Джордж (Ватерлоо), характерно преобладание озер с нейтральными либо слабощелочными водами. Кислые и слабокислые озера встречаются гораздо реже.
3)Для оазиса острова Кинг Джордж (Ватерлоо) характерно преобладание солоноватых и слабосоленых озер, в то время как на территории оазиса Ширмахера значения минерализации озер варьируют от весьма пресных вод до сильносоленых и рассолов, причем среди них нет преобладающего типа; к сожалению, в таблицах 57 РАЭ нет данных о минерализации озер оазиса Холмы Ларсеманна, но есть данные об электропроводности озер, которые позволяют сделать вывод, что (поскольку электропроводность является производной величиной от минерализации) для озер оазиса Холмы Ларсеманна, за редким исключением, характерна невысокая минерализация.
4)Содержание растворенного кислорода в озерах оазиса Ширмахера сильно варьирует от сезона к сезону, и поэтому трудно определить, какого типа озера преобладают; для озер оазиса Ватерлоо характерны достаточно высокие значения показателей содержания растворенного кислорода на протяжении летних сезонов 58 и 59 РАЭ; для озер оазиса Ларсеманн-Хиллс на протяжении летнего сезона 57 РАЭ характерны очень высокие показания содержания растворенного кислорода. Зачастую содержание растворенного кислорода имеет большую конференцию в придонных слоях, что связано с активность водорослей и бактериальных матов.
5)Для всех озер оазисов характерны сильные вариации значения температуры поверхности озер на протяжении летних сезонов всех экспедиций, что снова было подтверждено на последней, 65 сезонной РАЭ, в которой участвовала Федорова И.В.
6)Водные экосистемы Антарктических оазисов очень специфичны, в связи с уникальными климатическими, гидрохимическими и гидробиологическими свойствами. Однако было показано, что озера антарктического оазиса Холмы Ларсеманн обладают хорошей способностью к самоочищению. Это связано, скорее всего, с чистыми водами и хорошим разбавлением озер в летний период и все-таки не такой сильной антропогенной нагрузкой.
7)Сезонные изменения гидрохимических параметров: уменьшение водородного показателя, общей минерализации в момент таяния и их увеличение к летней межени; растворенный кислород уменьшается в течение сезона, однако иногда идет увеличение в придонных слоях по сравнению с поверхностными из-за активности биоты.
8)Многолетние изменения параметров обуславливаются климатическими изменениями и гидрометеорологическими условиями конкретного года.
9)Удаленность от ледников, близость к морю и наличие различных геоморфологических уровней (трансгрессия моря) влияют на пространственное изменение гидрохимических параметров озер.
10)В целом, можно сказать о высокой самоочищающей способности водных экосистем озер оазисов, - деструкции органического вещества к его продукции (D/Pвал отношение) во всех случаях было больше 1.
11)Фильтрационная активность зоопланктона (ФА) изменяется в большинстве случаев по следующему принципу: при увеличении температуры уменьшается время осветления воды зоопланктоном.
12)Одной из критических температур для рассматриваемых водных экосистем можно назвать температуру воды равную +5oC.
13)Индекс Шеннона по биомассе и по численности зоопланктона свидетельствует о низком видовом разнообразии и слабом продуцировании валовой первичной продукции в водных экосистемах озер антарктических оазисов.
14)Антропогенное влияние на озера в оазисах сказывается, прежде всего, на интенсивном водопотореблении для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, а также в возможном загрязнении экосистем нефтеуглеродами в связи с активным использованием траспортных средств, работающих на дизельном топливе, которые осуществляют переходы на другие станции по трассе, расположенной вблизи водоемов. В целях водопотребления за период с 54 по 58 РАЭ произошло уменьшение площадей и объемов озер оазиса Ширмахера, однако это может быть связано и с типом питания и уменьшением притока талой воды в озера из-за дегляциации оазиса. В оазисе Холмы Ларсеманн произошло уменьшение значений электропроводности воды, видимо, по причине увеличения снежного и ледяного покровов, которые оказывают влияние на водоемы, являясь источником их водного питания.
15)Незначительное увеличение гидробиологических показателей на примере биогенных элементов свидетельствует о происходящих процессов внутри водоемов. За период с 54 по 58 РАЭ произошло увеличение концентрации нефтеуглеводородов в озерах оазиса Холмы Ларсеманна, В связи с заметными изменениями гидрологических, гидрохимических и гидробиологических характеристик прогнозируется дальнейшее изменение водных экосистем озер.
В 2015-2016 гг. аспиранткой КФУ Нигамятзяновой Г.Р. под руководством Федоровой выполнялся грант РФФИ 15-35-50949 «мол_нр» «Моделирование антарктических водных экосистем оазиса Холмы Ларсеманн, Восточная Антарктида, с целью прогноза их состояния на основе гидрологических и гидробиологических показателей». Целью проекта являлось моделирование водных экосистем антарктических водоемов оазиса при изменении климатических и антропогенных факторов нагрузки на системы, а также выполнена оценка гидробиологического и гидрологического состояния водоемов оазиса Ларсеманн Хиллс в сравнении с данными конца XX и начала XXI века.
В разные годы исследований были построены сводные показатели состояний и интегральный показатель устойчивости озер различных оазисов (Бангера, Ширмахера, Холмы Ларсеманн, о.Кинг Джордж). Моделирование экосистем, получение аддитивных и неаддитивных свойств экосистем, а также применение метода сводных показателей было разработано и неоднократно применено для апробации на водоемах различных районов участниками проекта Федоровой И.В. (1997 г., 2003 г. и далее) и Черновой Е.С. (2002 г.). Далее была выполнена апробация данной методики на водоемах этих оазисов.
При оценке современного состояния экосистем водоемов будут использоваться методические разработки, полученные авторами в рамках выполнения тем НИР и проектов РФФИ 14-05-00787 «Эмерджентность прибрежных арктических водных экосистем как результат изменения палеоэкологических и современных воздействий», 18-05-60291 «Адаптация арктических лимносистем к быстрому изменению климата». Для анализа трансформации органического вещества в водных экосистемах будут учтены результаты по фотодеградации органического вещества, полученные в ходе реализации проекта НИР СПБГУ «Урбанизированные экосистемы Арктического пояса Российской Федерации: динамика, состояние и устойчивое развитие».
В рамках дипломных работ и кандидатской диссертации Федоровой И.В. на тему "Современное состояние и устойчивость к воздействию внутренних водоемов Антарктиды" (2003 г.) была применена методика построения сводных показателей в условиях дефицита информации. С помощью программы АСПИД-ASPID (анализ и синтез показателей при информационном дефиците- Analysisand Synthesis of Parameters under Information Deficiency), при поддержке гранта РФФИ № 98-05-65184 «Оценка устойчивости озерных экосистем оазисов Антарктиды и диагностика их развития при климатических изменениях и антропогенном воздействии», Работа проводилось имитационное моделирование водных экосистем оазисов и были рассчитаны сводные показатели состояний озер и их устойчивость. Однако за 20 лет природные процессы в оазисах активизировались, квалиметрические шкалы требуют доработки. Черновой Е.С. в рамках бакалаврского диплома была сделана попытка обновления шкал, однако она затрагивала только озера о.Кинг Джордж. Открываются все новые сведения о природе озер, об их генезисе (Pryakhina et al., 2020) измеряется большее количество параметров (DOC, CDOM, изотопы воды), поэтому в рамках проекта планируется актуализировать примененную методику и уточнить карты характеристик озер.
Несколько лет назад авторами было задумано создание электронного атласа озер оазисов Антарктиды – современного метода хранения визуализации информации. Электронные атласы различают по степени использования (только для просмотра или интерактивные) и по доступу к ним (онлайн или офлайн). На данном этапе авторами уже разработан макет электронного варианта, предназначенный именно для экранного представления (рис.9). Макет Атласа состоит из 71 страницы, представлен в формате *.pdf, занимает объем равный 48 МБ. Размер – альбомный вариант А3. В атласе представлено 2 раздела по гидрологии, 5 разделов по гидрохимии и 3 раздела по гидроэкологии. Это произведение будет удобно смотреть с помощью электронных носителей. Наиболее подходит для экранного представления на мониторах компьютеров, однако можно использовать смартфоны или планшеты.
Рис. 9. Пример страниц проекта электронного атласа (демо версия, созданная Салеевой Дарьей в рамках ее бакалаврской и магистерской ВКР)
Для завершения электронного Атласа необходимо завершить редакционно-подготовительные и оформительские работы: провести окончательное редактирование картографической части, текстового и графического материала; решить вопросы топонимики, перевести материалы на английский язык, для издания Атласа на двух языках; завершить работы по оформлению и дизайну. После этого Атлас будет предложен пользователям.
Планируется создание не только электронной версии, предназначенной только для просмотра, а также разработка интерактивного онлайн варианта Атласа, с возможностями обновления данных, предоставления совместного удаленного доступа к материалам исследований.
Было решено создать основы оазисов на двух языках – русском и английском. Для этого потребовалось найти доступный газетир и словари географических названий Антарктики. Возникла проблема в процессе работы - в открытом доступе оказался только газетир с английскими названиями. Поэтому появилась необходимость связаться с институтом Арктики и Антарктики, чтобы они предоставили нам имеющиеся книги для проведения работы с топонимикой оазисов. На исходных картографических основах было множество ошибок связанных с орфографией и опечатками английских названий, а также их перевода на русский язык, что не соответствовало нормам топонимики. Для сравнения были взяты зарубежные карты редактируемых территорий, и исправлены грамматические ошибки в исходных подписях географических объектов. В ходе работы с созданием основы оазиса Холмы Ларсеманн на русском языке, возникла проблема нехватки данных для перевода названий.
Осталось незавершенной редакторская работа и самая главная – перевод названия согласно газитиру. Вторая важная задача – генерализация рельефа. Также необходимо подумать над более грамотной легендой и ее оптимальном размещении.
Таким образом, коллектив исполнителей проекта обладает собственными уникальными данными - параметрами водных экосистем антарктических оазисов, необходимым опытом теоретических научных разработок, прикладными аспектами, включая полевые работы в суровых антарктических условиях.